由于涡街流量计具有测量精度高、量程宽测量介质广泛、工作温度高(介质温度可达350℃)、耐腐蚀以及可靠性高等特点,广泛应用于石油、化工、轻工及动力供热等行业工业管道介质(如气体、液体及蒸汽等)流体流量的测量,多种介质。涡街流量计一般测蒸汽、水等介质的比较多,比如热电厂发电会产生蒸汽,而蒸汽可以供吸和生产重复使用,这样热电厂就可以对外售卖蒸汽。所以要安装流量计来测量输出给用户多少蒸汽,也就是得测蒸汽的流量,因此测量须准确。
涡街流量计的检测结果有模拟信号,也有数字脉冲信号输出,而脉冲式涡街流量计的检测结果以脉冲方式输出,传统的计量方法采用滤波器滤波后由计数器来计量脉冲数量,从而计算流量。但这种方式只能计量脉冲数量,对脉冲出现的异常情况(如设备故障或者人为原因)等不能进行判别,更不能及时反馈。而脉冲出现异常将导致流量计量不准确,ZUI终直接影响双方利益。因此迫切需要一种全新的方法,不仅可以准确计量脉冲数量,而且当脉冲出现异常状况时也可以及时发现。
1.检测方法
脉冲式涡街流量计计数检测方法采用A/D采样,配合软件处理的方法对脉冲进行计数和判别。利用高速A/D采集脉冲输入口的电压幅值和平均值,软件滤波后根据采集结果统计脉冲数量;将一段时间内采集的电压幅值和平均值与涡街流量计ZUI初安装时的正常电压幅值和平均值进行对比,以判断脉冲输出电压是否正常;保存一年的计量数据,每次计量结果与一年前同期相比,看脉冲数量是否异常。通过电压值和用量的综合对比,来判断涡街流量计输出是否正常。
2.方案简介
2.1硬件方案
为了完成脉冲计量及检测,须有一定的硬件作为支撑。本方法的检测装置构成如图1虚线部分所示,由滤波电路、电源模块、存储单元、时钟、远程通信模块、人机交互界面和ARM组成。
滤波电路采用无源滤波电路,主要滤除干扰信号,使输出电压纹波系数降低,提高检测准确性。电源模块采用多组电源,供整个检测装置工作,特别注意的是给A/D采集供电的是1%精度电源,以保证采集精度。
存储模块采用铁电存储器和Flash相结合的方式。由于要存储一年的流量数据,数据量很大。而且采样数据实时采集、实时保存,读写也相当频繁。Flash空间大,但读写次数有限;铁电读写速度快、次数多但容量小。因此采用Flash和铁电相结合的方式,实时数据先存放在铁电中,定时将铁电中的数据转移至 Flash中。时钟单元需自备电池,防止终端断电后时钟错误。
远程通信模块用来与数据中心进行信息交互,将检测结果以及异常信息等及时传送给数据中心。人机交互界面则用于现场显示和设置。CPU是32位ARM硬件平台,自带12bitA/D采集,采集时间51us。采集结東后CPU对采集的数据进行综合处理。
2.2软件方案
软件主要流程如图2所示,系统初始化之后,主要进行数据采集、脉冲计数、脉冲检测的循环。
2.2.1采集数据
5us采集1个点,采集10个点后除去一个ZUI大值和一个ZUI小值,然后计算平均值。采集值≤(0.3x脉冲基准幅值),计1;采集值≥(0.7x脉冲基准幅值),计2;其他情况计0。采集一个有效数据所需时间为10×5us=50us,1s可采集20000个有效数据。每分钟对上述检测为2的电压值取平均计算脉冲幅值,对所有电压值取平均计算脉冲平均值,安装调试完成后需保存脉冲幅值和平均值的基准值。
2.2.2脉冲计数
由于数据处理时间为1s,与涡街流量计的输出脉冲周期可能不一致。每秒采集时有些脉冲可能被截断,为了避免少计脉冲,需要对脉冲进行处理。将上一秒ZUI后一段连续为2的数字段及之后所有的数字与本次数据合并,一起进行处理。为避免多计脉冲,对本次ZUI后一段连续为2及之后所有的数字不做处理,留待下一秒处理。脉冲统计时,遍历数据记录,找出并记录每段连续为2的数字段中的2的数量和整条数据记录中为2的数字段的总段数;取出一段数据段,记为基准对比段,用其他数据段中数字2的数量与之对比,记录两段数字2数量的差值在3个之内的总段数,然后用每一段数据段为基准对比段,重复本次操作;找到差值在3个之内的个数ZUI多的数据段,首先将此段与所有差值在3个之内的数据段都计一个有效脉冲,并对这些数据段中2的数量做平均,平均值作为基准数量并以此计算脉冲周期,然后对不满足差值为3的数据段进行处理。处理方法如下:
a.如果数据段中2的数量少于基准数量但落在应为高电平的时间段内认为是一个有效脉冲,否则认为是干扰信号;
b.如果数据段中2的数量多于基准数量,先判断这些数据段落在多少个周期内,有多少个周期计多少个有效脉冲。得出有效脉冲后,对上述所有有效脉冲的周期进行判断,判断和相邻的数据段是否落在相同周期内。如果相同,则应减去相同周期的个数,ZUI终得出有效脉冲总数,即为这一秒的脉冲数。
2.2.3脉冲检测
脉冲检测包括电压值对比和流量的保存与对比两部分。
每分钟对上述检测为2的电压值取平均,与初始记录的每分钟幅值对比,如果当前幅值介于初始幅值的0.85~1.15倍之间,认为脉冲幅值正常,否则记一次异常,连续5次异常,则认为脉冲幅值异常;每分钟对上述所有的电压值取平均,然后与初始记录的每分钟均值作对比,如果当前均值介于初始均值的0.85-1.15倍之间,认为脉冲均值正常,否则记一次异常。连续5次异常,则认为脉冲均值异常。
设备保存一年的流量记录,每秒流量计量出来之后与一年前同期的流量对比,如果变化不多,则用当前流量值替换前一年的流量值。如果变化校大,计一次流量异常。连续3min流量异常,则认为流量异常。流量异常时暂不替换前一年流量,待人工确认。如果是正常使用则替换前一年流量,否则保持前一年流量不变。
3.结束语
该方法检测脉冲式涡街流量计的脉冲数量,通过软、硬件二次滤波可有效滤除干扰脉冲,保证检测准确。通过对检测结果的综合判断,可了解脉冲输入的情况,依此了解脉冲式涡街流量计的工作状态,确保脉冲式涡街流量计工作在ZUI佳状态,保证系统检测的准确性。发现异常情况后,及时进行提示,可确保各方的合法利益不受侵害。
